ანტენა-რექტიფიკატორის ერთობლივი დიზაინი
ნახაზ 2-ში EG ტოპოლოგიის მიმდევარი რექტენების მახასიათებელია ის, რომ ანტენა პირდაპირ ემთხვევა გამსწორებელს და არა 50Ω სტანდარტს, რაც მოითხოვს შესატყვისი მიკროსქემის მინიმიზაციას ან აღმოფხვრას რექტფიკატორის გასაძლიერებლად. ეს განყოფილება მიმოიხილავს SoA rectennas-ის უპირატესობებს არა-50Ω ანტენებით და რექტენებით შესაბამისი ქსელების გარეშე.
1. ელექტრო მცირე ანტენები
LC რეზონანსული რგოლის ანტენები ფართოდ გამოიყენება აპლიკაციებში, სადაც სისტემის ზომა კრიტიკულია. 1 გჰც-ზე დაბალ სიხშირეზე, ტალღის სიგრძემ შეიძლება გამოიწვიოს სტანდარტული განაწილებული ელემენტის ანტენების დაკავება უფრო მეტი სივრცის დაკავება, ვიდრე სისტემის საერთო ზომა, და აპლიკაციები, როგორიცაა სრულად ინტეგრირებული გადამცემები სხეულის იმპლანტებისთვის, განსაკუთრებით სარგებლობენ WPT-სთვის ელექტრო მცირე ანტენების გამოყენებით.
მცირე ანტენის მაღალი ინდუქციური წინაღობა (რეზონანსის მახლობლად) შეიძლება გამოყენებულ იქნას გამსწორებლის პირდაპირ დასაკავშირებლად ან დამატებით ჩიპზე ტევადობის შესატყვისი ქსელით. ელექტრულად მცირე ანტენები დაფიქსირდა WPT-ში LP-ით და CP-ით 1 გჰც-ზე დაბალი, ჰაიგენსის დიპოლური ანტენების გამოყენებით, ka=0,645, ხოლო ka=5,91 ნორმალურ დიპოლებში (ka=2πr/λ0).
2. Rectifier conjugate ანტენა
დიოდის ტიპიური შეყვანის წინაღობა არის უაღრესად ტევადი, ამიტომ ინდუქციური ანტენა საჭიროა კონიუგატური წინაღობის მისაღწევად. ჩიპის ტევადობის წინაღობის გამო, მაღალი წინაღობის ინდუქციური ანტენები ფართოდ გამოიყენება RFID ტეგებში. დიპოლური ანტენები ბოლო დროს გახდა ტენდენცია რთული წინაღობის RFID ანტენებში, რომლებიც აჩვენებენ მაღალ წინაღობას (რეზისტენტობას და რეაქტიულობას) რეზონანსული სიხშირის მახლობლად.
ინდუქციური დიპოლური ანტენები გამოყენებულია რექტფიკატორის მაღალი ტევადობის შესატყვისად ინტერესის სიხშირის დიაპაზონში. დაკეცილ დიპოლურ ანტენაში ორმაგი მოკლე ხაზი (დიპოლური დასაკეცი) მოქმედებს როგორც წინაღობის ტრანსფორმატორი, რაც საშუალებას იძლევა შექმნას უკიდურესად მაღალი წინაღობის ანტენა. ალტერნატიულად, მიკერძოებული კვება პასუხისმგებელია ინდუქციური რეაქტიულობის გაზრდაზე, ისევე როგორც რეალურ წინაღობაზე. მრავალჯერადი მიკერძოებული დიპოლური ელემენტების შერწყმა დაუბალანსებელ ბაფთიან რადიალურ ბალიშებთან ქმნის ორმაგი ფართოზოლოვანი მაღალი წინაღობის ანტენას. სურათი 4 გვიჩვენებს ზოგიერთი მოხსენებული გამომსწორებელი კონიუგირებული ანტენის შესახებ.
სურათი 4
რადიაციული მახასიათებლები RFEH და WPT-ში
Friis მოდელში, ანტენის მიერ მიღებული სიმძლავრე PRX გადამცემიდან d მანძილზე არის მიმღების და გადამცემის მიღწევების პირდაპირი ფუნქცია (GRX, GTX).
ანტენის მთავარი წილის მიმართულება და პოლარიზაცია პირდაპირ გავლენას ახდენს ინციდენტის ტალღიდან შეგროვებული სიმძლავრის რაოდენობაზე. ანტენის გამოსხივების მახასიათებლები არის ძირითადი პარამეტრები, რომლებიც განასხვავებენ გარემოს RFEH-სა და WPT-ს (სურათი 5). მიუხედავად იმისა, რომ ორივე აპლიკაციაში გავრცელების საშუალება შეიძლება უცნობი იყოს და მისი გავლენა მიღებულ ტალღაზე გასათვალისწინებელია, გადამცემი ანტენის ცოდნის გამოყენება შესაძლებელია. ცხრილი 3 განსაზღვრავს ამ ნაწილში განხილულ ძირითად პარამეტრებს და მათ გამოყენებადობას RFEH-სა და WPT-ზე.
სურათი 5
1. დირექტიულობა და მოგება
უმეტეს RFEH და WPT აპლიკაციებში, ვარაუდობენ, რომ კოლექციონერმა არ იცის ინციდენტის გამოსხივების მიმართულება და არ არსებობს მხედველობის ხაზის (LoS) გზა. ამ ნაშრომში გამოკვლეულია მრავალი ანტენის დიზაინი და განლაგება უცნობი წყაროდან მიღებული სიმძლავრის მაქსიმალურად გაზრდის მიზნით, გადამცემსა და მიმღებს შორის მთავარი წილის განლაგებისგან დამოუკიდებლად.
Omnidirectional ანტენები ფართოდ გამოიყენება გარემოს RFEH rectennes. ლიტერატურაში, PSD განსხვავდება ანტენის ორიენტაციის მიხედვით. თუმცა, სიმძლავრის ცვალებადობა არ არის ახსნილი, ამიტომ შეუძლებელია იმის დადგენა, არის თუ არა ცვალებადობა ანტენის გამოსხივების ნიმუშის გამო თუ პოლარიზაციის შეუსაბამობის გამო.
RFEH აპლიკაციების გარდა, მიკროტალღური WPT-ისთვის ფართოდ არის მოხსენებული მაღალი სიმძლავრის მიმართულების ანტენები და მასივები, რათა გააუმჯობესოს დაბალი RF სიმძლავრის სიმკვრივის შეგროვების ეფექტურობა ან გადალახოს გავრცელების დანაკარგები. Yagi-Uda rectenna მასივები, bowtie მასივები, სპირალური მასივები, მჭიდროდ დაწყვილებული Vivaldi მასივები, CPW CP მასივები და patch მასივები არის მასშტაბირებადი rectenna იმპლემენტაციები, რომლებსაც შეუძლიათ მაქსიმალურად გაზარდონ ინციდენტის სიმძლავრის სიმკვრივე გარკვეულ ზონაში. ანტენის გაძლიერების გაუმჯობესების სხვა მიდგომები მოიცავს სუბსტრატის ინტეგრირებულ ტალღის სახელმძღვანელოს (SIW) ტექნოლოგიას მიკროტალღური და მილიმეტრიანი ტალღების ზოლებში, სპეციფიკური WPT. თუმცა, მაღალი რენტგენები ხასიათდება ვიწრო სხივის სიგანეებით, რაც არაეფექტურს ხდის ტალღების მიღებას თვითნებური მიმართულებით. ანტენის ელემენტებისა და პორტების რაოდენობაზე ჩატარებულმა გამოკვლევებმა დაასკვნეს, რომ უფრო მაღალი მიმართულება არ შეესაბამება ატმოსფერულ RFEH-ში უფრო მაღალ სიმძლავრეს, სამგანზომილებიანი თვითნებური ინციდენტის გათვალისწინებით; ეს დადასტურდა საველე გაზომვებით ურბანულ გარემოში. მაღალი მოგების მასივები შეიძლება შემოიფარგლოს WPT აპლიკაციებით.
მაღალი სიმძლავრის ანტენების უპირატესობების გადასაცემად თვითნებურ RFEH-ებზე, გამოიყენება შეფუთვის ან განლაგების გადაწყვეტილებები დირექტივის საკითხის დასაძლევად. ორმაგი პაჩიანი ანტენის სამაჯური შემოთავაზებულია ენერგიის მოსაპოვებლად გარემო Wi-Fi RFEH-ებიდან ორი მიმართულებით. ატმოსფერული ფიჭური RFEH ანტენები ასევე შექმნილია როგორც 3D ყუთები და იბეჭდება ან მიმაგრებულია გარე ზედაპირებზე, რათა შეამციროს სისტემის ფართობი და ჩართოს მრავალ მიმართულების დალაგება. კუბური სწორი სტრუქტურები ავლენენ ენერგიის მიღების უფრო მაღალ ალბათობას გარემო RFEH-ებში.
ანტენის დიზაინის გაუმჯობესება სხივის სიგანის გასაზრდელად, დამხმარე პარაზიტული პაჩი ელემენტების ჩათვლით, განხორციელდა WPT-ის გასაუმჯობესებლად 2.4 გჰც-ზე, 4 × 1 მასივი. ასევე შემოთავაზებული იყო 6 გჰც ბადისებრი ანტენა მრავალი სხივის რეგიონით, რომელიც აჩვენებს მრავალ სხივს თითო პორტში. მრავალმხრივი და მრავალმხრივი და მრავალპოლარიზებული RFEH-სთვის შემოთავაზებულია მრავალპორტიანი, მრავალგამმართველი ზედაპირის სწორკუთხა და ენერგიის მოსაპოვებელი ანტენები ყოვლისმომცველი გამოსხივების შაბლონებით. ასევე შემოთავაზებულია მრავალ-გამმართველები სხივის შემქმნელი მატრიცებით და მრავალპორტიანი ანტენის მასივებით ენერგიის მაღალი მოპოვების, მრავალ მიმართულების მოსაპოვებლად.
მოკლედ, მიუხედავად იმისა, რომ მაღალი სიმძლავრის ანტენები უპირატესობას ანიჭებენ დაბალი RF სიმკვრივისგან მიღებული სიმძლავრის გასაუმჯობესებლად, მაღალი მიმართულების მიმღებები შეიძლება არ იყოს იდეალური იმ აპლიკაციებში, სადაც გადამცემის მიმართულება უცნობია (მაგ. გარემოს RFEH ან WPT უცნობი გავრცელების არხებით). ამ ნაშრომში შემოთავაზებულია მრავალი მრავალსხივიანი მიდგომა მრავალ მიმართულების მაღალი მომატების WPT და RFEH-სთვის.
2. ანტენის პოლარიზაცია
ანტენის პოლარიზაცია აღწერს ელექტრული ველის ვექტორის მოძრაობას ანტენის გავრცელების მიმართულებით. პოლარიზაციის შეუსაბამობამ შეიძლება გამოიწვიოს ანტენებს შორის გადაცემის/მიღების შემცირება მაშინაც კი, როდესაც ძირითადი წილის მიმართულებები გასწორებულია. მაგალითად, თუ ვერტიკალური LP ანტენა გამოიყენება გადაცემისთვის და ჰორიზონტალური LP ანტენა გამოყენებულია მისაღებად, ელექტროენერგია არ მიიღება. ამ განყოფილებაში განხილულია უსადენო მიღების ეფექტურობის გაზრდის მოხსენებული მეთოდები და პოლარიზაციის შეუსაბამობის დანაკარგების თავიდან აცილება. შემოთავაზებული რექტენის არქიტექტურის შეჯამება პოლარიზაციასთან მიმართებაში მოცემულია ნახაზში 6 და SoA მაგალითი მოცემულია ცხრილში 4.
სურათი 6
ფიჭურ კომუნიკაციებში საბაზო სადგურებსა და მობილურ ტელეფონებს შორის ხაზოვანი პოლარიზაციის გასწორება ნაკლებად სავარაუდოა, ამიტომ საბაზო სადგურის ანტენები შექმნილია ორმაგი პოლარიზებული ან მრავალპოლარიზებული პოლარიზაციის შეუსაბამობის დანაკარგების თავიდან ასაცილებლად. თუმცა, მრავალმხრივი ეფექტების გამო LP ტალღების პოლარიზაციის ცვალებადობა გადაუჭრელ პრობლემად რჩება. მრავალპოლარიზებული მობილური საბაზო სადგურების დაშვების საფუძველზე, ფიჭური RFEH ანტენები შექმნილია როგორც LP ანტენები.
CP rectennas ძირითადად გამოიყენება WPT-ში, რადგან ისინი შედარებით მდგრადია შეუსაბამობის მიმართ. CP ანტენებს შეუძლიათ მიიღონ CP გამოსხივება იგივე ბრუნვის მიმართულებით (მარცხენა ან მემარჯვენე CP) გარდა ყველა LP ტალღის დენის დაკარგვის გარეშე. ნებისმიერ შემთხვევაში, CP ანტენა გადასცემს და LP ანტენა იღებს 3 დბ დაკარგვით (50% ენერგიის დაკარგვა). გავრცელებული ინფორმაციით, CP rectennas შესაფერისია 900 MHz და 2.4 GHz და 5.8 GHz სამრეწველო, სამეცნიერო და სამედიცინო ზოლებისთვის, ასევე მილიმეტრიანი ტალღებისთვის. თვითნებურად პოლარიზებული ტალღების RFEH-ში, პოლარიზაციის მრავალფეროვნება წარმოადგენს პოლარიზაციის შეუსაბამობის დანაკარგების პოტენციურ გადაწყვეტას.
სრული პოლარიზაცია, რომელიც ასევე ცნობილია როგორც მულტიპოლარიზაცია, შემოთავაზებულია პოლარიზაციის შეუსაბამობის დანაკარგების სრულად დასაძლევად, რაც საშუალებას აძლევს ორივე CP და LP ტალღების შეგროვებას, სადაც ორი ორმაგი პოლარიზებული ორთოგონალური LP ელემენტი ეფექტურად იღებს ყველა LP და CP ტალღებს. ამის საილუსტრაციოდ, ვერტიკალური და ჰორიზონტალური ქსელის ძაბვები (VV და VH) რჩება უცვლელი პოლარიზაციის კუთხის მიუხედავად:
CP ელექტრომაგნიტური ტალღის "E" ელექტრული ველი, სადაც სიმძლავრე გროვდება ორჯერ (ერთეულში ერთხელ), რითაც სრულად იღებს CP კომპონენტს და გადალახავს 3 დბ პოლარიზაციის შეუსაბამობის დაკარგვას:
დაბოლოს, DC კომბინაციის საშუალებით, შესაძლებელია თვითნებური პოლარიზაციის ინციდენტის ტალღების მიღება. სურათი 7 გვიჩვენებს მოხსენებული სრულად პოლარიზებული სწორი ნაწლავის გეომეტრიას.
სურათი 7
მოკლედ, WPT აპლიკაციებში გამოყოფილი კვების წყაროებით, CP სასურველია, რადგან ის აუმჯობესებს WPT ეფექტურობას ანტენის პოლარიზაციის კუთხის მიუხედავად. მეორეს მხრივ, მრავალ წყაროს შეძენისას, განსაკუთრებით ატმოსფერული წყაროებიდან, სრულად პოლარიზებულ ანტენებს შეუძლიათ მიაღწიონ უკეთეს საერთო მიღებას და მაქსიმალურ პორტაბელურობას; მრავალპორტიანი/მრავალგამმართველი არქიტექტურები საჭიროა სრულად პოლარიზებული სიმძლავრის გაერთიანებისთვის RF ან DC-ზე.
რეზიუმე
ეს ნაშრომი მიმოიხილავს ბოლო პროგრესს ანტენის დიზაინში RFEH და WPT-სთვის და გვთავაზობს ანტენის დიზაინის სტანდარტულ კლასიფიკაციას RFEH და WPT-სთვის, რომელიც არ იყო შემოთავაზებული წინა ლიტერატურაში. ანტენის სამი ძირითადი მოთხოვნა მაღალი RF-to-DC ეფექტურობის მისაღწევად გამოიკვეთა, როგორც:
1. ანტენის გამსწორებლის წინაღობის გამტარუნარიანობა RFEH და WPT ზოლებისთვის;
2. ძირითადი წილის გასწორება გადამცემსა და მიმღებს შორის WPT-ში გამოყოფილი საკვებიდან;
3. პოლარიზაციის შესატყვისი სწორ ნაწლავსა და ინციდენტის ტალღას შორის კუთხისა და პოზიციის მიუხედავად.
წინაღობის მიხედვით, რექტენები კლასიფიცირდება 50Ω და გამსწორებლის კონიუგატებად, ფოკუსირებულია წინაღობის შესატყვისობაზე სხვადასხვა ზოლებსა და დატვირთვებს შორის და თითოეული შესატყვისი მეთოდის ეფექტურობაზე.
SoA rectennas-ის რადიაციული მახასიათებლები განხილულია დირექტიულობის და პოლარიზაციის პერსპექტივიდან. განხილულია სხივის ფორმირებისა და შეფუთვის გაუმჯობესების მეთოდები ვიწრო სხივის სიგანის დასაძლევად. და ბოლოს, განიხილება CP rectennas WPT-სთვის, სხვადასხვა იმპლემენტაციასთან ერთად, რათა მივაღწიოთ პოლარიზაციისგან დამოუკიდებელ მიღებას WPT და RFEH-სთვის.
ანტენების შესახებ მეტი ინფორმაციისთვის ეწვიეთ:
გამოქვეყნების დრო: აგვისტო-16-2024
